WO2020184603A1 - 光学部品および半導体レーザモジュール - Google Patents

光学部品および半導体レーザモジュール Download PDF

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WO2020184603A1
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早水　尚樹
橋本　博
那須　秀行
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古河電気工業株式会社
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    • H01S5/4043—Edge-emitting structures with vertically stacked active layers

Definitions

  • the present invention relates to optical components and semiconductor laser modules.
  • Semiconductor laser modules are also used in industrial fields such as processing and welding.
  • a glass capillary for fixing the optical fiber is provided on the outer periphery of the optical fiber, and the glass capillary is fixed on the outer periphery of the glass capillary.
  • a configuration for providing a light absorber is disclosed.
  • the optical fiber and the glass capillary are fixed by a first fixing material such as resin.
  • the glass capillary and the light absorber are fixed by a second fixing material such as resin (Patent Document 1).
  • a part of the laser beam input to the optical fiber propagates in the clad mode without being coupled to the core portion.
  • Such laser light gradually leaks from the clad portion during propagation, passes through the two fixing materials and the glass capillary, reaches the light absorber, and is absorbed by the light absorber.
  • the coating of the optical fiber is removed and the clad portion is exposed. According to the configuration of Patent Document 1, it is possible to suppress damage to the coating.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an optical component and a semiconductor laser module in which the occurrence of damage is suppressed.
  • the optical component according to one aspect of the present invention includes an optical fiber having a core portion, a clad portion formed on the outer periphery of the core portion, and the optical fiber.
  • the clad portion includes a light absorber arranged on the outer periphery of the light absorber and a fixing material for fixing the light absorber and the optical fiber, and the clad portion extends in the longitudinal direction and has a main portion clad diameter. It has an input side end portion located on the light input side with respect to the main portion, and the input end face clad diameter on the input end surface of the input side end portion is smaller than the main portion clad diameter. ..
  • the optical component according to one aspect of the present invention is characterized in that the input side end portion has a tapered shape in which the clad diameter changes from the main portion clad diameter to a diameter substantially equal to the input end face clad diameter.
  • the optical component according to one aspect of the present invention is characterized in that the input side end portion has a clad diameter substantially equal to the input end face clad diameter.
  • the clad portion has an output side end portion located on the output side of light with respect to the main portion, and the output end face clad diameter at the output end surface of the output side end portion. Is smaller than the diameter of the main clad.
  • the optical component according to one aspect of the present invention is characterized by including an end cap connected to the input end face of the optical fiber and having an input end face having an area larger than that of the input end face of the optical fiber.
  • the optical component according to one aspect of the present invention is characterized in that the input end face clad diameter is 1.1 times or more and 1.4 times or less the core diameter of the core portion.
  • the optical component according to one aspect of the present invention is characterized in that the main clad diameter is larger than 125 ⁇ m.
  • the optical component according to one aspect of the present invention is characterized in that the main clad diameter is 500 ⁇ m or more.
  • the semiconductor laser module includes the optical component, a semiconductor laser element, and an optical system that guides a laser beam output from the semiconductor laser element to the input end surface of the optical component. It is a feature.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a semiconductor laser module including the optical component according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the optical component and the optical fiber according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an input state of laser light to the optical fiber.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an input state of laser light to the optical fiber.
  • FIG. 5 is a diagram showing a required clad diameter with respect to the amount of clad propagating light.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the optical component and the optical fiber according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an input state of laser light to the optical fiber.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an input state of laser light to the optical fiber.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the optical component and the optical fiber according to the third embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the optical component according to the fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a semiconductor laser module including the optical components according to the first embodiment.
  • the semiconductor laser module 100 includes a package 101 which is a housing, an LD height adjusting plate 102 which is sequentially loaded inside the package 101, submounts 103-1 to 103-6, and six semiconductor laser elements 104-1. It is provided with ⁇ 104-6.
  • Package 101 includes a lid, but is not shown in FIG. 1 for the sake of explanation.
  • the semiconductor laser module 100 includes a lead pin 105 that injects a current into the semiconductor laser elements 104-1 to 104-6.
  • the semiconductor laser module 100 includes first lenses 106-1 to 106-6 and second lenses 106-1 to 106-6, which are optical elements sequentially arranged on the optical path of the laser light output by the semiconductor laser elements 104-1 to 104-6. It includes lenses 107-1 to 107-6, mirrors 108-1 to 108-6, a third lens 109, an optical filter 110, and a fourth lens 111.
  • the first lens 106-1 to 106-6, the second lens 107-1 to 107-6, the mirror 108-1 to 108-6, the third lens 109, the optical filter 110, and the fourth lens 111 are each in the package 101. It is fixed inside.
  • the semiconductor laser module 100 includes an optical component 10 arranged so as to face the fourth lens 111, and an optical fiber 112 connected to the optical component 10 by fusion splicing or the like. One end of the optical fiber 112 on the side opposite to the side connected to the optical component 10 extends to the outside of the package 101.
  • the semiconductor laser elements 104-1 to 104-6 are arranged at different heights from the bottom surface of the package 101 by the LD height adjusting plate 102. Further, the first lens 106-1 to 106-6, the second lens 107-1 to 107-6, and the mirror 108-1 to 108-6 are arranged at the same height as one corresponding semiconductor laser element, respectively. There is.
  • a loose tube 114 is provided at the insertion portion of the optical fiber 112 into the package 101, and the boot 113 is externally fitted to a part of the package 101 so as to cover a part of the loose tube 114.
  • Each semiconductor laser element 104-1 to 104-6 is supplied with electric power from the lead pin 105 to output laser light.
  • Each of the output laser beams is made substantially parallel light by the first lenses 106-1 to 106-6 and the second lenses 107-1 to 107-6, respectively.
  • each laser beam is reflected in the direction of the optical fiber 112 by one mirror 108-1 to 108-6 arranged at the corresponding height.
  • each laser beam is focused by the third lens 109 and the fourth lens 111. That is, the first lens 106-1 to 106-6, the second lens 107-1 to 107-6, the mirrors 108-1 to 108-6, the third lens 109, and the fourth lens 111 are optical components of each laser beam. It constitutes an optical system that leads to.
  • the optical component 10 couples each laser beam focused by the fourth lens 111 to the optical fiber 112.
  • the optical fiber 112 outputs each coupled laser beam to the outside of the semiconductor laser module 100.
  • the package 101 which is a housing, is preferably made of a material having good thermal conductivity in order to suppress an internal temperature rise, and may be a metal member made of various metals.
  • the LD height adjusting plate 102 is fixed in the package 101, adjusts the height of the semiconductor laser elements 104-1 to 104-6, and the semiconductor laser elements 104-1 to 104-6 The optical paths of the output laser beams do not interfere with each other.
  • the LD height adjusting plate 102 may be integrally configured with the package 101.
  • the submounts 103-1 to 103-6 are fixed on the LD height adjusting plate 102, and assist the heat dissipation of the mounted semiconductor laser elements 104-1 to 104-6. Therefore, the submounts 103-1 to 103-6 are preferably made of a material having good thermal conductivity, and may be a metal member made of various metals.
  • the semiconductor laser elements 104-1 to 104-6 are high-output semiconductor laser elements having an output laser light intensity of 1 W or more and further 10 W or more.
  • the light intensity of the laser light output by the semiconductor laser devices 104-1 to 104-6 is, for example, 11 W.
  • the semiconductor laser elements 104-1 to 104-6 output laser light having a wavelength of, for example, 900 nm to 1000 nm.
  • the semiconductor laser module 100 includes six semiconductor laser elements 104-1 to 104-6, a plurality of semiconductor laser elements other than the six or one may be used.
  • the lead pin 105 supplies electric power to the semiconductor laser elements 104-1 to 104-6 via a bonding wire (not shown).
  • the power to be supplied may be a constant voltage, but may be a modulated voltage.
  • the first lenses 106-1 to 106-6 are, for example, cylindrical lenses having a focal length of 0.3 mm.
  • the first lenses 106-1 to 106-6 are arranged at positions where the output light of one corresponding semiconductor laser element is substantially parallel light in the vertical direction.
  • the second lenses 107-1 to 107-6 are, for example, cylindrical lenses having a focal length of 5 mm.
  • the second lenses 107-1 to 107-6 are arranged at positions where the output light of the semiconductor laser element is substantially parallel light in the horizontal direction.
  • the mirrors 108-1 to 108-6 may be mirrors provided with various metal films or dielectric films, and have high reflectance at the wavelength of the laser light output by the semiconductor laser elements 104-1 to 104-6. Is more preferable. Further, the mirrors 108-1 to 108-6 can be finely adjusted in the reflection direction so that the laser light of one corresponding semiconductor laser element is suitably coupled to the optical fiber 112.
  • the third lens 109 and the fourth lens 111 are, for example, cylindrical lenses having focal lengths of 12 mm and 5 mm and having orthogonal curvatures to each other, and collect the laser light output by the semiconductor laser elements 104-1 to 104-6. , Suitable for coupling to the optical fiber 112.
  • the positions of the third lens 109 and the fourth lens 111 with respect to the optical fiber 112 are such that, for example, the coupling efficiency of the laser light output by the semiconductor laser elements 104-1 to 104-6 to the optical fiber 112 is 85% or more. Has been adjusted.
  • the optical filter 110 is, for example, a low-pass filter that reflects light having a wavelength of 1060 nm to 1080 nm and transmits light having a wavelength of 900 nm to 1000 nm.
  • the optical filter 110 transmits the laser light output from the semiconductor laser elements 104-1 to 104-6, and the semiconductor laser elements 104-1 to 104-6 are irradiated with light having a wavelength of 1060 nm to 1080 nm from the outside. To prevent that.
  • the optical filter 110 is used to prevent the output laser light of the semiconductor laser elements 104-1 to 104-6 slightly reflected by the optical filter 110 from returning to the semiconductor laser elements 104-1 to 104-6. It is arranged at an angle to the optical axis.
  • the passing wavelength of the optical filter 110 is set to 1060 nm to 1080 nm, but the wavelength is not limited to this wavelength. However, the optical filter 110 is not always necessary.
  • the boot 113 is inserted with the optical fiber 112 to prevent damage due to bending of the optical fiber 112.
  • the boot 113 may be a metal boot, but the material is not particularly limited, and rubber, various resins, plastic, or the like may be used. However, boots 113 are not always necessary.
  • the loose tube 114 is inserted with an optical fiber 112 to prevent damage due to bending of the optical fiber 112. Further, the loose tube 114 is fixed to the optical fiber 112, and as a result, the position of the optical fiber 112 is prevented from being displaced when a pulling force is applied to the optical fiber 112 in the longitudinal direction. May be good. However, the loose tube 114 is not always necessary.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the optical component 10 and the optical fiber 112.
  • the optical component 10 includes an optical fiber 11, a fixing material 12, and a light absorber 13.
  • the optical fiber 11 is an optical fiber made of a quartz glass-based material, and has a core portion 11a and a clad portion 11b formed on the outer periphery of the core portion 11a.
  • the core portion 11a has a core diameter Aa that is substantially constant in the longitudinal direction.
  • the core diameter Aa is, for example, 100 ⁇ m.
  • the clad portion 11b includes a main portion 11ba extending in the longitudinal direction and an input side end portion 11bb located on the input side of the laser light L1 which is the laser light focused by the fourth lens 111 with respect to the main portion 11ba. It has an output side end portion 11bc located on the output side of the laser beam L1 with respect to the main portion 11ba.
  • the refractive index of the clad portion 11b is lower than that of the core portion 11a.
  • the main portion 11ba has a main portion clad diameter Aba that is substantially constant in the longitudinal direction.
  • the input side end portion 11bb has an input end surface 11c.
  • the clad diameter in the input end face 11c is defined as the input end face clad diameter Abb.
  • the input end face clad diameter Abb is smaller than the main clad diameter Aba.
  • the input side end portion 11bb has a tapered shape in which the clad diameter continuously changes from the main portion clad diameter Aba to the input end surface clad diameter Abb.
  • the clad diameter may be tapered so as to continuously change from the main clad diameter Aba to a diameter substantially equal to the input end face clad diameter Abb.
  • the output side end portion 11bc has an output end surface 11d.
  • the output end face clad diameter Abc which is the clad diameter of the output end face 11d, is smaller than the main clad diameter Aba.
  • the output side end portion 11bc has a tapered shape in which the clad diameter continuously changes from the main portion clad diameter Aba to the output end face clad diameter Abc.
  • the light absorber 13 is a tubular member, which is arranged on the outer periphery of the optical fiber 11 and is fixed to the main portion 11ba of the clad portion 11b by the fixing material 12.
  • the light absorber 13 has a light absorption property at the wavelength of the laser beam L1, and the absorption rate is, for example, 30% or more, preferably 70% or more at this wavelength.
  • the light absorber 13 absorbs the laser light L2 leaked from the clad portion 11b.
  • the light absorber 13 dissipates heat generated by light absorption, it is preferably made of a material having good thermal conductivity.
  • the light absorber 13 is preferably connected to the package 101 via a heat good conductor (not shown).
  • the thermally good conductor is preferably made of a material having a thermal conductivity of 0.5 W / mK or more, and is made of, for example, solder or a thermally conductive adhesive.
  • the fixing material 12 is made of a UV curable resin such as an epoxy resin or a urethane resin.
  • the refractive index of the fixing material 12 is preferably equal to or higher than the refractive index of the clad portion 11b of the optical fiber 11 at 25 ° C., and is in the operating temperature range of the semiconductor laser module 100 (for example, 15 ° C. to 100 ° C.). It is more preferable that the refractive index is equal to or higher than the refractive index of the clad portion 11b of the optical fiber 11.
  • the difference in the specific refractive index with respect to the clad portion 11b is 0% or more and 10% or less.
  • the fixing material 12 has a thickness of 1 ⁇ m or more and 800 ⁇ m or less in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the optical fiber 11. It is known that the UV curable resin can have a low refractive index by containing fluorine and a high refractive index by containing sulfur, and is used as a material for increasing or decreasing the refractive index. The refractive index can be adjusted by adjusting the content.
  • the optical fiber 112 is an optical fiber made of a quartz glass-based material, and is connected to the output end face 11d by fusion splicing or the like.
  • the optical fiber 112 includes a core portion 112a, a clad portion 112b formed on the outer periphery of the core portion 112a, and a coating 112c formed on the outer periphery of the clad portion 112b.
  • the coating 112c is removed in the vicinity of the output end surface 11d, and the clad portion 112b is exposed.
  • the optical fiber 112 may be, for example, a multimode optical fiber having a core diameter of 105 ⁇ m in the core portion 112a and a clad diameter of 125 ⁇ m in the clad portion 112b, but may be a single mode optical fiber.
  • the NA of the optical fiber 112 is, for example, 0.15 to 0.22.
  • the laser light L1 input to the optical fiber 11 propagates in the clad mode without being coupled to the core portion 11a.
  • the power of light can be suppressed.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the input state of the laser beams L1a, L1b, and L1c with respect to the optical fiber 11.
  • the laser beams L1a, L1b, and L1c are a part of the laser beam L1.
  • the contour C1 shown by the broken line indicates a case where the clad diameter in the input end surface 11c is the same as the clad diameter in the main portion 11ba.
  • the laser beams L1a, L1b, and L1c are all input to the clad portion 11b and propagate as the clad mode.
  • the laser beams L1a, L1b, and L1c hardly or at all bond to the clad, or are easily reflected by the tapered surface, or leak easily even if they are bonded. ..
  • the power of the laser light propagating in the clad mode can be suppressed, the power of the laser light L2 leaking from the clad portion 11b can also be suppressed.
  • the angle of the tapered surface of the input side end portion 11bb is preferably an angle at which the laser beam propagating in the clad mode is reduced.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the input state of the laser beams L1d, L1e, L1f, and L1g with respect to the optical fiber 11.
  • the laser beams L1d, L1e, L1f, and L1g are a part of the laser beam L1.
  • the laser beams L1d, L1e, L1f, and L1g are input to the clad portion 11b from the end face of the narrow input side end portion 11bb constituting the input end face 11c and propagate in the clad mode, but their power is limited because the area is small. ..
  • the input end face clad diameter Abb is preferably 1.4 times or less the core diameter Aa of the core portion 11a. If it is 1.4 times or less, the effect of suppressing the power of the laser beam propagating in the clad mode is preferably exhibited. However, if the input end face clad diameter Abb is too small, the exudation of the laser beam propagating through the core portion 11a to the clad portion 11b may reach the outer peripheral edge of the clad portion 11b. In order to prevent this, the input end face clad diameter Abb is preferably 1.1 times or more the core diameter Aa of the core portion 11a.
  • the main clad diameter Aba of the main portion 11ba of the clad portion 11b of the optical fiber 11 is larger than the clad diameter of the standard optical fiber of 125 ⁇ m, which is 500 ⁇ m in the present embodiment.
  • the ratio of the clad propagating light amount to the clad diameter is 0.04 W / ⁇ m.
  • the occurrence of damage to the fixing material is suppressed in the case of 0.04 W / ⁇ m
  • the larger the clad diameter the larger the amount of clad propagating light that can satisfy 0.04 W / ⁇ m.
  • the required clad diameter is defined as the clad diameter required to satisfy 0.04 W / ⁇ m for a certain amount of clad propagating light.
  • FIG. 5 is a diagram showing a required clad diameter with respect to the amount of clad propagating light.
  • the clad diameter is 250 ⁇ m, the occurrence of damage to the fixing material is suppressed even if the amount of clad propagating light is 10 W.
  • the clad diameter is 500 ⁇ m or more, the occurrence of damage to the fixing material is suppressed even if the amount of clad propagating light is 20 W or more. If the amount of clad propagating light can be increased in this way, the power of the laser beam L1 input to the optical component 10 can also be increased, which is suitable for increasing the output of the semiconductor laser module 100.
  • the output end face clad diameter Abc on the output end face 11d of the output side end 11bc is smaller than 500 ⁇ m of the main clad diameter Aba, so that the optical fiber 112 has a clad diameter of 125 ⁇ m.
  • the difference in clad diameter between the output side end portion 11bc and the clad portion 112b at the connection point is small.
  • the alignment and connection between the optical fiber 11 and the optical fiber 112 becomes easy.
  • the output side end portion 11bc is tapered, among the laser light propagating in the clad mode, the laser light that reaches the output side end portion 11bc without leaking at the main portion 11ba is leaked. Can be done.
  • optical fiber 112 having a configuration commonly used is connected to the optical component 10, handling becomes easy in an application using the semiconductor laser module 100.
  • the optical fiber 11 is manufactured by processing both ends of a large-diameter optical fiber having a main portion clad diameter Aba that is substantially constant in the longitudinal direction into a tapered shape by mechanical polishing or chemical polishing such as etching. Can be done.
  • the layer of the fixing material can be reduced by one layer as compared with the configuration of Patent Document 1.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the optical component 20 and the optical fiber 112 according to the second embodiment.
  • the optical component 20 can be used in place of the optical component 10 in, for example, the semiconductor laser module 100.
  • the optical component 20 includes an optical fiber 21, a fixing material 22, and a light absorber 23.
  • the optical fiber 21 is an optical fiber made of a quartz glass-based material, and has a core portion 21a and a clad portion 21b formed on the outer periphery of the core portion 21a.
  • the core portion 21a has a core diameter Ba that is substantially constant in the longitudinal direction.
  • the core diameter Ba is, for example, 100 ⁇ m.
  • the clad portion 21b has a main portion 21ba extending in the longitudinal direction, an input side end portion 21bb located on the input side of the laser beam L1 with respect to the main portion 21ba, and an output side of the laser beam L1 with respect to the main portion 21ba. It has an output side end portion 21 bc located.
  • the refractive index of the clad portion 21b is lower than that of the core portion 21a.
  • the main portion 21ba has a main portion clad diameter Bba that is substantially constant in the longitudinal direction.
  • the input side end portion 21bb has an input end surface 21c.
  • the clad diameter at the input end face 21c is defined as the input end face clad diameter Bbb.
  • the input end face clad diameter Bbb is smaller than the main clad diameter Bba.
  • the clad diameter of the input side end portion 21bb is substantially equal to the input end face clad diameter Bbb in the longitudinal direction.
  • the output side end portion 21bc has an output end surface 21d.
  • the output end face clad diameter Bbc which is the clad diameter of the output end face 21d, is smaller than the main clad diameter Bba. Further, the output side end portion 21bc has a clad diameter substantially equal to the output end face clad diameter Bbc in the longitudinal direction.
  • the light absorber 23 is arranged on the outer periphery of the optical fiber 21 and is fixed to the main portion 21ba of the clad portion 21b by the fixing material 22. Since the suitable absorption rate and the suitable material of the light absorber 23 are the same as those of the light absorber 13, the description thereof will be omitted. Since the suitable refractive index and suitable material of the fixing material 22 are the same as those of the fixing material 12, the description thereof will be omitted.
  • the optical fiber 112 is connected to the output end face 21d by a fusion splicing or the like.
  • the laser light L1 input to the optical fiber 21 propagates in the clad mode without being coupled to the core portion 21a.
  • the power of light can be suppressed.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the input state of the laser beams L1h, L1i, and L1j with respect to the optical fiber 21.
  • the laser beams L1h, L1i, and L1j are a part of the laser beam L1.
  • the contour C2 shown by the broken line shows a case where the clad diameter in the input end surface 21c is the same as the clad diameter in the main portion 21ba.
  • the laser beams L1h, L1i, and L1j are all input to the clad portion 21b and propagate as the clad mode.
  • the laser beams L1i and L1j hardly or at all are bonded to the clad, or even if they are bonded, they are likely to leak.
  • the power of the laser light propagating in the clad mode can be suppressed, the power of the laser light L2 (see FIG. 6) leaking from the clad portion 21b can also be suppressed. As a result, it is possible to suppress the occurrence of damage to the fixing material 22.
  • An HR (High Reflection) film is provided at a location where the laser beam is vertically incident on the end face of the main portion 21ba, such as the laser beam L1h, to provide a laser beam incident on the main portion 21ba. It is preferable to greatly reduce the power.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the input state of the laser beams L1m and L1n with respect to the optical fiber 11.
  • the laser beams L1m and L1n are a part of the laser beam L1.
  • the laser beams L1m and L1n are input to the clad portion 21b from the end face of the narrow input side end portion 21bb constituting the input end surface 21c and propagate in the clad mode, but their power is limited because the area is small.
  • the input end face clad diameter Bbb is preferably 1.4 times or less, preferably 1.1 times or more, the core diameter Ba of the core portion 21a for the same reason as in the case of the first embodiment shown in FIG. preferable.
  • the main portion clad diameter Bba of the main portion 21ba of the clad portion 21b of the optical fiber 21 is larger than the clad diameter of 125 ⁇ m of a standard optical fiber.
  • the main clad diameter Bba is 500 ⁇ m, but it may be larger than 500 ⁇ m.
  • the clad diameter is increased, the amount of clad propagating light that can suppress the occurrence of damage to the fixing material 22 can be increased.
  • the power of the laser beam L1 input to the optical component 20 can be increased, it is suitable for increasing the output of the semiconductor laser module 100.
  • the output end face clad diameter Bbc on the output end surface 21d of the output side end portion 21bc is smaller than 500 ⁇ m of the main clad diameter Bba, so that the optical fiber 21 and the optical fiber 112 are adjusted. Easy to connect and connect.
  • the optical fiber 21 is manufactured by processing both ends of a large-diameter optical fiber having a main portion clad diameter Bba substantially constant in the longitudinal direction into a small diameter by mechanical polishing or chemical polishing such as etching. Can be done.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the optical component 30 and the optical fiber 112 according to the third embodiment.
  • the optical component 30 can be used in place of the optical component 10 in, for example, the semiconductor laser module 100.
  • the optical component 30 has a configuration in which an end cap 14 is added to the configuration of the optical component 10.
  • the end cap 14 includes a cylindrical input portion 14a and a truncated cone-shaped output portion 14b.
  • the end face of the input unit 14a is the input end face 14aa
  • the end face of the output unit 14b is the output end face 14ba.
  • the end cap 14 is connected to the input end surface 11c of the optical fiber 11 at the output end surface 14ba by fusion splicing or the like. Since the output unit 14b has a truncated cone shape whose diameter decreases toward the output end surface 14ba side, the difference in diameter between the output end surface 14ba and the input end surface 11c of the optical fiber 11 is relatively small. Therefore, the alignment and connection between the optical fiber 11 and the end cap 14 become easy.
  • the input end face 14aa of the end cap 14 has a larger area than the input end face 11c of the optical fiber 11.
  • the material of the end cap 14 is preferably a material having a refractive index similar to that of the core portion 11a of the optical fiber 11, and for example, a quartz-based glass material having the same refractive index as the core portion 11a of the optical fiber 11. preferable.
  • the end cap 14 has a shape that is a combination of a cylindrical shape and a truncated cone shape, but the shape of the end cap is not limited to this.
  • the occurrence of damage to the fixing material 12 is suppressed, and the occurrence of damage to the input end face input by the laser beam L1 is suppressed.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the optical component 40 according to the fourth embodiment.
  • the optical component 40 can be used in place of the optical component 10 and the optical fiber 112 in the semiconductor laser module 100, for example.
  • the optical component 40 includes an optical fiber 41, a fixing material 42, a light absorber 43, and an end cap 44.
  • the optical fiber 41 is an optical fiber made of a quartz glass-based material, and includes a core portion 41a, a clad portion 41b formed on the outer periphery of the core portion 41a, and a coating 41d formed on the outer periphery of the clad portion 41b. ing.
  • the core portion 41a has a core diameter Ca that is substantially constant in the longitudinal direction.
  • the core diameter Ca is, for example, 100 ⁇ m.
  • the clad portion 41b has a main portion 41ba extending in the longitudinal direction and an input side end portion 41bb located on the input side of the laser beam L1 with respect to the main portion 41ba.
  • the refractive index of the clad portion 41b is lower than that of the core portion 41a.
  • the main portion 41ba has a main portion clad diameter Cba that is substantially constant in the longitudinal direction.
  • the main clad diameter Cba is, for example, 125 ⁇ m.
  • the input side end 41bb has an input end face 41c.
  • the input end face clad diameter which is the clad diameter of the input end face 41c, is smaller than the main clad diameter Cba.
  • the input side end portion 41bb has a tapered shape in which the clad diameter continuously changes from the main portion clad diameter Cba to the input end face clad diameter.
  • the light absorber 43 is arranged on the outer periphery of the optical fiber 41, and is fixed to the main portion 41ba of the clad portion 41b by the fixing material 42. Since the suitable absorption rate and the suitable material of the light absorber 43 are the same as those of the light absorber 13, the description thereof will be omitted. Since the suitable refractive index and suitable material of the fixing material 42 are the same as those of the fixing material 12, the description thereof will be omitted.
  • the coating 41d is removed from the input side end portion 41bb to at least the position where the light absorber 43 is provided, and the clad portion 41b is exposed.
  • a part of the tip side of the coating 41d may enter the inside of the light absorber 43, and a part of the tip side of the coating 41d and the light absorber 43 may overlap.
  • the coating 41d and the light absorber 43 can be collectively fixed by the fixing material 42.
  • the end cap 44 is the same as the end cap 14, and is connected to the input end surface 41c of the optical fiber 41 by fusion splicing or the like on the output end surface 44ba.
  • the input end surface 44aa of the end cap 44 has a larger area than the input end surface 41c of the optical fiber 41. As a result, the occurrence of damage to the input end face due to the power of the laser beam L1 is suppressed.
  • the optical fiber 41 since the input end face clad diameter is smaller than the main clad diameter Cba, the laser light L1 input to the optical fiber 41 propagates in the clad mode without being coupled to the core portion 41a. Power can be suppressed. Further, since the optical fiber 41 can have the same core diameter and clad diameter as the optical fiber 112, it can be handled in the same manner as the optical fiber 112.
  • the laser beam having a wavelength in the infrared region is taken as an example, but the wavelength is not limited to this.
  • the amount of energy absorbed by the fixing material is larger than that of the laser light having a wavelength in the infrared region, and the effect of the present invention may become more remarkable. ..
  • the present invention is not limited by the above embodiment.
  • the present invention also includes those configured by appropriately combining the above-described components. Further, further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Therefore, the broader aspect of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.
  • the present invention can be used for optical components and semiconductor laser modules.

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Abstract

光学部品（１０）は、コア部（１１ａ）と、前記コア部（１１ａ）の外周に形成されたクラッド部（１１ｂ）とを有する光ファイバ（１１）と、前記光ファイバ（１１）の外周に配置された光吸収体（１３）と、前記光吸収体（１３）と前記光ファイバ（１１）とを固着する固着材（１２）と、を備え、前記クラッド部（１１ｂ）は、長手方向に延伸し、主部クラッド径（Ａｂａ）を有する主部（１１ｂａ）と、前記主部（１１ｂａ）に対して光の入力側に位置する入力側端部（１１ｂｂ）とを有し、前記入力側端部（１１ｂｂ）の入力端面（１１ｃ）における入力端面クラッド径（Ａｂｂ）が前記主部クラッド径（Ａｂａ）よりも小さい。

Description

光学部品および半導体レーザモジュール
　本発明は、光学部品および半導体レーザモジュールに関する。
　加工や溶接といった産業分野においても、半導体レーザモジュールが用いられている。半導体レーザモジュールにおいて、半導体レーザ素子から出力されたレーザ光を光ファイバに結合させる部分の構成として、光ファイバの外周に光ファイバを固定するガラスキャピラリを設け、ガラスキャピラリの外周にガラスキャピラリを固定する光吸収体を設ける構成が開示されている。光ファイバとガラスキャピラリとはたとえば樹脂などの第１固着材で固着される。ガラスキャピラリと光吸収体とはたとえば樹脂などの第２固着材で固着される（特許文献１）。この構成において、光ファイバに入力されたレーザ光の一部はコア部に結合せずにクラッドモードで伝搬する。このようなレーザ光は、伝搬中に徐々にクラッド部から漏洩し、２つの固着材とガラスキャピラリを透過して光吸収体に到達し、光吸収体によって吸収される。なお、レーザ光を光ファイバに結合させる部分においては、光ファイバの被覆は除去されており、クラッド部が露出している。特許文献１の構成によれば、被覆の損傷の抑制が可能とされている。
国際公開第２０１５／０３７７２５号
　産業分野において、光源のレーザ光の高パワー化が求められている。特許文献１の構成では、レーザ光が高パワー化するにつれて、レーザ光のうちクラッドモードで伝搬するレーザ光のパワーが大きくなる。その結果、クラッドモードで伝搬し、クラッド部から漏洩したレーザ光が、第１または第２固着材を損傷させるおそれがある。特に、第１固着材はクラッド部の外周に隣接しているため、漏洩したレーザ光のパワー密度が高く、第２固着材に比して損傷されやすい。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、損傷の発生が抑制された光学部品および半導体レーザモジュールを提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る光学部品は、コア部と、前記コア部の外周に形成されたクラッド部とを有する光ファイバと、前記光ファイバの外周に配置された光吸収体と、前記光吸収体と前記光ファイバとを固着する固着材と、を備え、前記クラッド部は、長手方向に延伸し、主部クラッド径を有する主部と、前記主部に対して光の入力側に位置する入力側端部とを有し、前記入力側端部の入力端面における入力端面クラッド径が前記主部クラッド径よりも小さいことを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光学部品は、前記入力側端部は、クラッド径が前記主部クラッド径から前記入力端面クラッド径にほぼ等しい径まで変化するテーパ状であることを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光学部品は、前記入力側端部は、前記入力端面クラッド径と略等しいクラッド径を有することを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光学部品は、前記クラッド部は、前記主部に対して光の出力側に位置する出力側端部を有し、前記出力側端部の出力端面における出力端面クラッド径が前記主部クラッド径よりも小さいことを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光学部品は、前記光ファイバの前記入力端面に接続された、前記光ファイバの前記入力端面よりも面積が大きい入力端面を有するエンドキャップを備えることを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光学部品は、前記入力端面クラッド径は前記コア部のコア径の１．１倍以上１．４倍以下であることを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光学部品は、前記主部クラッド径は１２５μｍよりも大きいことを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光学部品は、前記主部クラッド径は５００μｍ以上であることを特徴とする。
　本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、前記光学部品と、半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子から出力されたレーザ光を前記光学部品の前記入力端面に導く光学系と、を備えることを特徴とする。
　本発明によれば、光学部品および半導体レーザモジュールの損傷の発生が抑制されるという効果を奏する。
図１は、実施形態１に係る光学部品を備えた半導体レーザモジュールの模式的な平面図である。 図２は、実施形態１に係る光学部品および光ファイバの模式的な断面図である。 図３は、光ファイバに対するレーザ光の入力状態を説明する図である。 図４は、光ファイバに対するレーザ光の入力状態を説明する図である。 図５は、クラッド伝搬光量に対する必要クラッド径を示す図である。 図６は、実施形態２に係る光学部品および光ファイバの模式的な断面図である。 図７は、光ファイバに対するレーザ光の入力状態を説明する図である。 図８は、光ファイバに対するレーザ光の入力状態を説明する図である。 図９は、実施形態３に係る光学部品および光ファイバの模式的な断面図である。 図１０は、実施形態４に係る光学部品の模式的な断面図である。
　以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付し、重複説明を適宜省略する。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。
（実施形態１）
　図１は、実施形態１に係る光学部品を備えた半導体レーザモジュールの模式的な平面図である。半導体レーザモジュール１００は、筐体であるパッケージ１０１と、パッケージ１０１の内部に順に積載されたＬＤ高さ調整板１０２と、サブマウント１０３－１～１０３－６と、６つの半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６とを備える。パッケージ１０１は、蓋を備えるが、図１においては説明のために図示を省略している。半導体レーザモジュール１００は、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６に電流を注入するリードピン１０５を備える。そして、半導体レーザモジュール１００は、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６が出力するレーザ光の光路上に順に配置された光学素子である、第１レンズ１０６－１～１０６－６と、第２レンズ１０７－１～１０７－６と、ミラー１０８－１～１０８－６と、第３レンズ１０９と、光フィルタ１１０と、第４レンズ１１１とを備える。第１レンズ１０６－１～１０６－６、第２レンズ１０７－１～１０７－６、ミラー１０８－１～１０８－６、第３レンズ１０９、光フィルタ１１０、第４レンズ１１１は、それぞれパッケージ１０１の内部に固定されている。さらに、半導体レーザモジュール１００は、第４レンズ１１１と対向して配置された光学部品１０と、光学部品１０に融着接続などで接続された光ファイバ１１２とを備える。光ファイバ１１２の光学部品１０に接続された側とは反対側の一端は、パッケージ１０１の外部に延伸している。
　半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６は、ＬＤ高さ調整板１０２によってパッケージ１０１の底面から互いに異なる高さに配置されている。さらに、第１レンズ１０６－１～１０６－６、第２レンズ１０７－１～１０７－６、ミラー１０８－１～１０８－６は、それぞれ対応する１つの半導体レーザ素子と同じ高さに配置されている。また、光ファイバ１１２のパッケージ１０１への挿入部には、ルースチューブ１１４が設けられ、ルースチューブ１１４の一部を覆うように、パッケージ１０１の一部にブーツ１１３が外嵌されている。
　各半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６は、リードピン１０５から電力を供給されてレーザ光を出力する。出力された各レーザ光は、それぞれ第１レンズ１０６－１～１０６－６および第２レンズ１０７－１～１０７－６によって、略平行光とされる。つぎに、各レーザ光は、対応する高さに配置された１つのミラー１０８－１～１０８－６によって、光ファイバ１１２の方向に反射される。そして、各レーザ光は、第３レンズ１０９および第４レンズ１１１によって集光される。すなわち、第１レンズ１０６－１～１０６－６、第２レンズ１０７－１～１０７－６、ミラー１０８－１～１０８－６、第３レンズ１０９および第４レンズ１１１は、各レーザ光を光学部品に導く光学系を構成している。
　光学部品１０は、第４レンズ１１１によって集光された各レーザ光を光ファイバ１１２に結合させる。光ファイバ１１２は、結合された各レーザ光を半導体レーザモジュール１００の外部に出力する。
　つぎに、半導体レーザモジュール１００の各構成要素についてより詳細に説明する。筐体であるパッケージ１０１は、内部の温度上昇を抑制するため、熱伝導性のよい材料からなることが好ましく、各種金属からなる金属部材であってよい。
　ＬＤ高さ調整板１０２は、上述したように、パッケージ１０１内に固定されており、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６の高さを調節し、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６が出力するレーザ光の光路が互いに干渉しないようにしている。なお、ＬＤ高さ調整板１０２は、パッケージ１０１と一体として構成されていてもよい。
　サブマウント１０３－１～１０３－６は、ＬＤ高さ調整板１０２上に固定されており、載置された半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６の放熱を補助する。そのため、サブマウント１０３－１～１０３－６は、熱伝導性のよい材料からなることが好ましく、各種金属からなる金属部材であってよい。
　半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６は、出力されるレーザ光の光強度が、１Ｗ以上、さらには、１０Ｗ以上の高出力な半導体レーザ素子である。本実施形態において、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６の出力するレーザ光の光強度は、たとえば１１Ｗである。また、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６は、たとえば、９００ｎｍ～１０００ｎｍの波長のレーザ光を出力する。なお、半導体レーザモジュール１００は６つの半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６を備えているが、６つ以外の複数でもよく、１つでもよい。
　リードピン１０５は、不図示のボンディングワイヤを介して半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６に電力を供給する。供給する電力は、一定の電圧であってよいが、変調電圧であってもよい。
　第１レンズ１０６－１～１０６－６は、たとえば焦点距離が０．３ｍｍのシリンドリカルレンズである。第１レンズ１０６－１～１０６－６は、対応する１つの半導体レーザ素子の出力光を鉛直方向に略平行光とする位置に配置される。
　第２レンズ１０７－１～１０７－６は、たとえば焦点距離が５ｍｍのシリンドリカルレンズである。第２レンズ１０７－１～１０７－６は、半導体レーザ素子の出力光を水平方向に略平行光とする位置に配置される。
　ミラー１０８－１～１０８－６は、各種の金属膜、または誘電体膜を備えるミラーであってよく、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６の出力するレーザ光の波長において、反射率が高いほど好ましい。また、ミラー１０８－１～１０８－６は、対応する１つの半導体レーザ素子のレーザ光を光ファイバ１１２に好適に結合するように、反射方向を微調整することができる。
　第３レンズ１０９と第４レンズ１１１とは、たとえばそれぞれ焦点距離が１２ｍｍ、５ｍｍの互いに曲率が直交したシリンドリカルレンズであり、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６が出力したレーザ光を集光し、光ファイバ１１２に好適に結合する。第３レンズ１０９と第４レンズ１１１とは、たとえば半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６が出力したレーザ光の光ファイバ１１２への結合効率が８５％以上となるように、光ファイバ１１２に対する位置が調整されている。
　光フィルタ１１０は、たとえば波長１０６０ｎｍ～１０８０ｎｍの光を反射し、９００ｎｍ～１０００ｎｍの光を透過するローパスフィルタである。その結果、光フィルタ１１０は、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６が出力したレーザ光を透過するとともに、波長１０６０ｎｍ～１０８０ｎｍの光が半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６に外部から照射されることを防止する。また、光フィルタ１１０は、光フィルタ１１０でわずかに反射された半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６の出力レーザ光が半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６に戻らないように、レーザ光の光軸に対して角度をつけて配置されている。光フィルタ１１０の通過波長として、１０６０ｎｍ～１０８０ｎｍとしたが、この波長に限定するものではない。ただし、光フィルタ１１０は必ずしも必要ではない。
　ブーツ１１３は、光ファイバ１１２を挿通されており、光ファイバ１１２の曲げによる損傷を防止する。ブーツ１１３は、金属製のブーツであってよいが、材料は特に限定されず、ゴムや各種の樹脂、プラスチックなどであってもよい。ただし、ブーツ１１３は必ずしも必要ではない。
　ルースチューブ１１４は、光ファイバ１１２を挿通されており、光ファイバ１１２の曲げによる損傷を防止する。さらに、ルースチューブ１１４は、光ファイバ１１２と固着され、その結果、光ファイバ１１２に対して長手方向に引っ張る力が加えられた場合に、光ファイバ１１２の位置がずれることを防止する構成であってもよい。ただし、ルースチューブ１１４は必ずしも必要ではない。
（光学部品の構成）
　つぎに、光学部品１０の構成について具体的に説明する。図２は、光学部品１０および光ファイバ１１２の模式的な断面図である。
　光学部品１０は、光ファイバ１１と、固着材１２と、光吸収体１３と、を備えている。光ファイバ１１は、石英ガラス系材料からなる光ファイバであって、コア部１１ａと、コア部１１ａの外周に形成されたクラッド部１１ｂとを有する。
　コア部１１ａは、長手方向において略一定のコア径Ａａを有する。コア径Ａａはたとえば１００μｍである。
　クラッド部１１ｂは、長手方向に延伸する主部１１ｂａと、主部１１ｂａに対して、第４レンズ１１１により集光されたレーザ光であるレーザ光Ｌ１の入力側に位置する入力側端部１１ｂｂと、主部１１ｂａに対して、レーザ光Ｌ１の出力側に位置する出力側端部１１ｂｃとを有している。クラッド部１１ｂの屈折率はコア部１１ａの屈折率よりも低い。
　主部１１ｂａは、長手方向において略一定の主部クラッド径Ａｂａを有する。入力側端部１１ｂｂは、入力端面１１ｃを有する。入力端面１１ｃにおけるクラッド径を入力端面クラッド径Ａｂｂとする。入力端面クラッド径Ａｂｂは主部クラッド径Ａｂａよりも小さい。また、入力側端部１１ｂｂは、クラッド径が主部クラッド径Ａｂａから入力端面クラッド径Ａｂｂまで連続的に変化するテーパ状である。ただし、クラッド径が主部クラッド径Ａｂａから入力端面クラッド径Ａｂｂにほぼ等しい径まで連続的に変化するテーパ状であってもよい。
　出力側端部１１ｂｃは、出力端面１１ｄを有する。出力端面１１ｄにおけるクラッド径である出力端面クラッド径Ａｂｃは、主部クラッド径Ａｂａよりも小さい。また、出力側端部１１ｂｃは、クラッド径が主部クラッド径Ａｂａから出力端面クラッド径Ａｂｃまで連続的に変化するテーパ状である。
　光吸収体１３は、筒状の部材であって、光ファイバ１１の外周に配置されており、クラッド部１１ｂの主部１１ｂａと、固着材１２で固着される。光吸収体１３は、レーザ光Ｌ１の波長において、光吸収性を有し、たとえばこの波長において、吸収率が３０％以上、好ましくは７０％以上である。その結果、光吸収体１３は、クラッド部１１ｂから漏洩したレーザ光Ｌ２を吸収する。また、光吸収体１３は、光吸収により発生した熱を放熱するため、熱伝導性のよい材料からなることが好ましく、たとえばＣｕ、Ｎｉ、ステンレス鋼、またはＦｅを含む金属部材、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉを含む金属、もしくはＣを含む表面メッキ層を備える部材、ＡｌＮ、もしくはＡｌ２Ｏ３を含むセラミック部材、またはＡｌＮ、もしくはＡｌ２Ｏ３を含む表面を覆うセラミック層を備える部材からなることが好ましい。また、光吸収体１３は、光吸収により発生した熱を放熱するため、パッケージ１０１に不図示の熱良導体を介して接続されていることが好ましい。熱良導体は、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍＫ以上の材料からなることが好ましく、たとえばはんだや熱伝導性接着剤からなる。
　固着材１２は、たとえばエポキシ樹脂、ウレタン系の樹脂などのＵＶ硬化樹脂からなる。固着材１２の屈折率は、２５℃において光ファイバ１１のクラッド部１１ｂの屈折率と等しい、またはそれよりも高いことが好ましく、半導体レーザモジュール１００の使用温度領域（たとえば、１５℃～１００℃）において、光ファイバ１１のクラッド部１１ｂの屈折率と等しい、またはそれよりも高いことがさらに好ましい。固着材１２の屈折率は、たとえばクラッド部１１ｂに対する比屈折率差が０％以上１０％以下である。また、固着材１２は、光ファイバ１１の長手方向に直交する方向における厚さが１μｍ以上８００μｍ以下とされていることが好ましい。なお、ＵＶ硬化樹脂は、例えば、フッ素を含有させることで低屈折率化でき、イオウを含有させることで高屈折率化できることが知られており、屈折率を高くする材料や、低くする材料の含有量を調整することで、屈折率を調整することができる。
　光ファイバ１１２は、石英ガラス系材料からなる光ファイバであって、出力端面１１ｄに融着接続などで接続されている。光ファイバ１１２は、コア部１１２ａと、コア部１１２ａの外周に形成されたクラッド部１１２ｂと、クラッド部１１２ｂの外周に形成された被覆１１２ｃとを備えている。被覆１１２ｃは、出力端面１１ｄの近傍では除去されており、クラッド部１１２ｂが露出している。光ファイバ１１２は、たとえばコア部１１２ａのコア径が１０５μｍ、クラッド部１１２ｂのクラッド径が１２５μｍのマルチモード光ファイバであってよいが、シングルモード光ファイバであってもよい。光ファイバ１１２のＮＡは、たとえば０．１５～０．２２である。
　この光学部品１０では、入力端面クラッド径Ａｂｂが主部クラッド径Ａｂａよりも小さいことによって、光ファイバ１１に入力されたレーザ光Ｌ１のうち、コア部１１ａに結合せずにクラッドモードで伝搬するレーザ光のパワーを抑制することができる。
　図３は、光ファイバ１１に対するレーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃの入力状態を説明する図である。レーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃは、レーザ光Ｌ１の一部である。また、破線で示した輪郭Ｃ１は、入力端面１１ｃにおけるクラッド径が主部１１ｂａにおけるクラッド径と同じである場合を示している。輪郭Ｃ１の状態である場合、レーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃはいずれもクラッド部１１ｂに入力し、クラッドモードとして伝搬する。しかしながら、光ファイバ１１では、入力端面１１ｃにおけるクラッド径が小さいので、レーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃはクラッドに殆どまたは全く結合せず、またはテーパ面で反射しやすく、または結合しても漏洩しやすい。その結果、クラッドモードで伝搬するレーザ光のパワーを抑制できるので、クラッド部１１ｂから漏洩するレーザ光Ｌ２のパワーも抑制できる。これにより、固着材１２の損傷の発生を抑制できる。入力側端部１１ｂｂのテーパ面の角度は、クラッドモードで伝搬するレーザ光が少なくなる角度とすることが好ましい。
　図４は、光ファイバ１１に対するレーザ光Ｌ１ｄ、Ｌ１ｅ、Ｌ１ｆ、Ｌ１ｇの入力状態を説明する図である。レーザ光Ｌ１ｄ、Ｌ１ｅ、Ｌ１ｆ、Ｌ１ｇは、レーザ光Ｌ１の一部である。レーザ光Ｌ１ｄ、Ｌ１ｅ、Ｌ１ｆ、Ｌ１ｇは、入力端面１１ｃを構成する狭い入力側端部１１ｂｂの端面からクラッド部１１ｂに入力し、クラッドモードで伝搬するが、面積が狭いのでそのパワーは制限される。
　図２に戻る。入力端面クラッド径Ａｂｂはコア部１１ａのコア径Ａａの１．４倍以下であることが好ましい。１．４倍以下であれば、クラッドモードで伝搬するレーザ光のパワーを抑制する効果が好適に発揮される。しかし、入力端面クラッド径Ａｂｂが余り小さいと、コア部１１ａを伝搬するレーザ光のクラッド部１１ｂへのしみ出しが、クラッド部１１ｂの外周縁にまで達するおそれがある。これを防止するためには、入力端面クラッド径Ａｂｂはコア部１１ａのコア径Ａａの１．１倍以上であることが好ましい。
　さらに、この光学部品１０では、光ファイバ１１のクラッド部１１ｂの主部１１ｂａの主部クラッド径Ａｂａが、標準的な光ファイバのクラッド径である１２５μｍよりも大きく、本実施形態では５００μｍである。その結果、クラッドモードで伝搬したレーザ光Ｌ２が主部１１ｂａの外周面に到達し、固着材１２を通過する際には、レーザ光Ｌ２のパワー密度は低減される。その結果、固着材１２の損傷の発生をより一層抑制できる。
　たとえば、クラッドモードで伝搬するレーザ光のパワー（クラッド伝搬光量）を５Ｗとし、クラッド径が１２５μｍとすると、クラッド径に対するクラッド伝搬光量の比率は０．０４Ｗ／μｍである。たとえば、０．０４Ｗ／μｍの場合に固着材の損傷の発生が抑制されるとすると、クラッド径が大きくなる程、０．０４Ｗ／μｍを満たすことができるクラッド伝搬光量は大きくなる。
　或るクラッド伝搬光量に対して０．０４Ｗ／μｍを満たすために必要なクラッド径を必要クラッド径とする。図５は、クラッド伝搬光量に対する必要クラッド径を示す図である。このように、クラッド径が２５０μｍであればクラッド伝搬光量を１０Ｗとしても固着材の損傷の発生が抑制される。クラッド径が５００μｍ以上であればクラッド伝搬光量を２０Ｗ以上としても固着材の損傷の発生が抑制される。このようにクラッド伝搬光量を大きくできると、光学部品１０に入力させるレーザ光Ｌ１のパワーも大きくできるので、半導体レーザモジュール１００の高出力化のためには好適である。
　また、この光学部品１０では、出力側端部１１ｂｃの出力端面１１ｄにおける出力端面クラッド径Ａｂｃは、主部クラッド径Ａｂａの５００μｍよりも小さくなっているため、光ファイバ１１２が、クラッド径が１２５μｍのマルチモード光ファイバである場合、接続箇所における出力側端部１１ｂｃとクラッド部１１２ｂとのクラッド径の差が小さい。その結果、光ファイバ１１と光ファイバ１１２との調心や接続が容易になる。さらには、出力側端部１１ｂｃは、テーパ状になっているため、クラッドモードで伝搬するレーザ光のうち、主部１１ｂａで漏洩せずに出力側端部１１ｂｃに達したレーザ光を漏洩させることができる。
　また、光学部品１０に、通常よく使用される構成の光ファイバ１１２が接続されているので、半導体レーザモジュール１００を使用するアプリケーションにおいてハンドリングが容易になる。
　なお、光ファイバ１１は、長手方向において略一定の主部クラッド径Ａｂａを有する太径の光ファイバの両端部を、機械研磨や、エッチングなどの化学研磨によってテーパ状に加工することによって作製することができる。
　また、光学部品１０の構成では、特許文献１の構成と比較して、固着材の層を１層減らすことができる。
（実施形態２）
　図６は、実施形態２に係る光学部品２０および光ファイバ１１２の模式的な断面図である。光学部品２０は、たとえば半導体レーザモジュール１００において光学部品１０と置き換えて用いることができる。
　光学部品２０は、光ファイバ２１と、固着材２２と、光吸収体２３と、を備えている。光ファイバ２１は、石英ガラス系材料からなる光ファイバであって、コア部２１ａと、コア部２１ａの外周に形成されたクラッド部２１ｂとを有する。
　コア部２１ａは、長手方向において略一定のコア径Ｂａを有する。コア径Ｂａはたとえば１００μｍである。
　クラッド部２１ｂは、長手方向に延伸する主部２１ｂａと、主部２１ｂａに対してレーザ光Ｌ１の入力側に位置する入力側端部２１ｂｂと、主部２１ｂａに対してレーザ光Ｌ１の出力側に位置する出力側端部２１ｂｃとを有している。クラッド部２１ｂの屈折率はコア部２１ａの屈折率よりも低い。
　主部２１ｂａは、長手方向において略一定の主部クラッド径Ｂｂａを有する。入力側端部２１ｂｂは、入力端面２１ｃを有する。入力端面２１ｃにおけるクラッド径を入力端面クラッド径Ｂｂｂとする。入力端面クラッド径Ｂｂｂは主部クラッド径Ｂｂａよりも小さい。また、入力側端部２１ｂｂは、長手方向において、クラッド径が入力端面クラッド径Ｂｂｂと略等しい。
　出力側端部２１ｂｃは、出力端面２１ｄを有する。出力端面２１ｄにおけるクラッド径である出力端面クラッド径Ｂｂｃは、主部クラッド径Ｂｂａよりも小さい。また、出力側端部２１ｂｃは、長手方向において、クラッド径が出力端面クラッド径Ｂｂｃと略等しい。
　光吸収体２３は、光ファイバ２１の外周に配置されており、クラッド部２１ｂの主部２１ｂａと固着材２２で固着される。光吸収体２３の好適な吸収率や好適な材料は、光吸収体１３と同様なので説明を省略する。固着材２２の好適な屈折率や好適な材料は、固着材１２と同様なので説明を省略する。
　光ファイバ１１２は、出力端面２１ｄに融着接続などで接続されている。
　この光学部品２０では、入力端面クラッド径Ｂｂｂが主部クラッド径Ｂｂａよりも小さいことによって、光ファイバ２１に入力されたレーザ光Ｌ１のうち、コア部２１ａに結合せずにクラッドモードで伝搬するレーザ光のパワーを抑制することができる。
　図７は、光ファイバ２１に対するレーザ光Ｌ１ｈ、Ｌ１ｉ、Ｌ１ｊの入力状態を説明する図である。レーザ光Ｌ１ｈ、Ｌ１ｉ、Ｌ１ｊは、レーザ光Ｌ１の一部である。また、破線で示した輪郭Ｃ２は、入力端面２１ｃにおけるクラッド径が主部２１ｂａにおけるクラッド径と同じである場合を示している。輪郭Ｃ２の状態である場合、レーザ光Ｌ１ｈ、Ｌ１ｉ、Ｌ１ｊはいずれもクラッド部２１ｂに入力し、クラッドモードとして伝搬する。しかしながら、光ファイバ２１では、入力端面２１ｃにおけるクラッド径が小さいので、レーザ光Ｌ１ｉ、Ｌ１ｊはクラッドに殆どまたは全く結合せず、または結合しても漏洩しやすい。その結果、クラッドモードで伝搬するレーザ光のパワーを抑制できるので、クラッド部２１ｂから漏洩するレーザ光Ｌ２（図６参照）のパワーも抑制できる。これにより、固着材２２の損傷の発生を抑制できる。なお、レーザ光Ｌ１ｈのようにレーザ光が主部２１ｂａの端面に垂直に入射する箇所には、ＨＲ（High　Reflection）膜を当該端面の当該箇所に設けて、主部２１ｂａに入射するレーザ光のパワーを大きく低減することが好ましい。
　図８は、光ファイバ１１に対するレーザ光Ｌ１ｍ、Ｌ１ｎの入力状態を説明する図である。レーザ光Ｌ１ｍ、Ｌ１ｎは、レーザ光Ｌ１の一部である。レーザ光Ｌ１ｍ、Ｌ１ｎは、入力端面２１ｃを構成する狭い入力側端部２１ｂｂの端面からクラッド部２１ｂに入力し、クラッドモードで伝搬するが、面積が狭いのでそのパワーは制限される。
　図６に戻る。入力端面クラッド径Ｂｂｂは、図２に示す実施形態１の場合と同様の理由で、コア部２１ａのコア径Ｂａの１．４倍以下であることが好ましく、１．１倍以上であることが好ましい。
　さらに、この光学部品２０では、光ファイバ２１のクラッド部２１ｂの主部２１ｂａの主部クラッド径Ｂｂａが、標準的な光ファイバのクラッド径である１２５μｍよりも大きい。本実施形態では主部クラッド径Ｂｂａは５００μｍであるが、５００μｍより大きくてもよい。その結果、クラッドモードで伝搬したレーザ光Ｌ２が主部２１ｂａの外周面に到達し、固着材２２を通過する際には、レーザ光Ｌ２のパワー密度は低減される。その結果、固着材２２の損傷の発生をより一層抑制できる。
　光学部品１０の場合と同様に、クラッド径を大きくすると、固着材２２の損傷の発生を抑制できるクラッド伝搬光量を大きくできる。この場合、光学部品２０に入力させるレーザ光Ｌ１のパワーも大きくできるので、半導体レーザモジュール１００の高出力化のためには好適である。
　また、この光学部品２０では、出力側端部２１ｂｃの出力端面２１ｄにおける出力端面クラッド径Ｂｂｃは、主部クラッド径Ｂｂａの５００μｍよりも小さくなっているため、光ファイバ２１と光ファイバ１１２との調心や接続が容易になる。
　なお、光ファイバ２１は、長手方向において略一定の主部クラッド径Ｂｂａを有する太径の光ファイバの両端部を、機械研磨や、エッチングなどの化学研磨によって細径に加工することによって作製することができる。
（実施形態３）
　図９は、実施形態３に係る光学部品３０および光ファイバ１１２の模式的な断面図である。光学部品３０は、たとえば半導体レーザモジュール１００において光学部品１０と置き換えて用いることができる。
　光学部品３０は、光学部品１０の構成にエンドキャップ１４を追加した構成を有する。エンドキャップ１４は、円柱形状の入力部１４ａと、円錐台形状の出力部１４ｂとを備える。入力部１４ａの端面が入力端面１４ａａであり、出力部１４ｂの端面が出力端面１４ｂａである。エンドキャップ１４は、出力端面１４ｂａにおいて光ファイバ１１の入力端面１１ｃと融着接続などで接続されている。なお、出力部１４ｂは出力端面１４ｂａ側に向かって直径が小さくなる円錐台形状なので、出力端面１４ｂａと光ファイバ１１の入力端面１１ｃとの直径の差は比較的小さい。そのため、光ファイバ１１とエンドキャップ１４との調心や接続が容易になる。
　エンドキャップ１４の入力端面１４ａａは、光ファイバ１１の入力端面１１ｃよりも面積が大きい。その結果、レーザ光Ｌ１が集光されて光学部品３０に入力する場合、光ファイバ１１の入力端面１１ｃに直接入力する場合よりも、エンドキャップ１４の入力端面１４ａａに入力する方が、レーザ光Ｌ１のビームのパワー密度が小さい状態で入力する。その結果、レーザ光Ｌ１のパワーによる入力端面の損傷の発生が抑制される。ここで、エンドキャップ１４の材料は、光ファイバ１１のコア部１１ａと同程度の屈折率を有する材料であることが好ましく、たとえば光ファイバ１１のコア部１１ａと同じ石英系ガラス材料であることが好ましい。なお、エンドキャップ１４は円柱形状と円錐台形状とを組み合わせた形状を有するが、エンドキャップの形状はこれには限定されない。
　光学部品３０では、固着材１２の損傷の発生が抑制され、かつレーザ光Ｌ１が入力する入力端面の損傷の発生が抑制される。
（実施形態４）
　図１０は、実施形態４に係る光学部品４０の模式的な断面図である。光学部品４０は、たとえば半導体レーザモジュール１００において光学部品１０および光ファイバ１１２と置き換えて用いることができる。
　光学部品４０は、光ファイバ４１と、固着材４２と、光吸収体４３と、エンドキャップ４４とを備えている。光ファイバ４１は、石英ガラス系材料からなる光ファイバであって、コア部４１ａと、コア部４１ａの外周に形成されたクラッド部４１ｂと、クラッド部４１ｂの外周に形成された被覆４１ｄとを備えている。
　コア部４１ａは、長手方向において略一定のコア径Ｃａを有する。コア径Ｃａはたとえば１００μｍである。
　クラッド部４１ｂは、長手方向に延伸する主部４１ｂａと、主部４１ｂａに対してレーザ光Ｌ１の入力側に位置する入力側端部４１ｂｂとを有している。クラッド部４１ｂの屈折率はコア部４１ａの屈折率よりも低い。
　主部４１ｂａは、長手方向において略一定の主部クラッド径Ｃｂａを有する。主部クラッド径Ｃｂａはたとえば１２５μｍである。入力側端部４１ｂｂは、入力端面４１ｃを有する。入力端面４１ｃにおけるクラッド径である入力端面クラッド径は、主部クラッド径Ｃｂａよりも小さい。また、入力側端部４１ｂｂは、クラッド径が主部クラッド径Ｃｂａから入力端面クラッド径まで連続的に変化するテーパ状である。
　光吸収体４３は、光ファイバ４１の外周に配置されており、クラッド部４１ｂの主部４１ｂａと固着材４２で固着される。光吸収体４３の好適な吸収率や好適な材料は、光吸収体１３と同様なので説明を省略する。固着材４２の好適な屈折率や好適な材料は、固着材１２と同様なので説明を省略する。
　なお、本実施形態では、被覆４１ｄは、入力側端部４１ｂｂから、少なくとも光吸収体４３が設けられている位置までは除去されており、クラッド部４１ｂが露出している。ただし、被覆４１ｄの先端側の一部が光吸収体４３の内部に入り込んでおり、被覆４１ｄの先端側の一部と光吸収体４３とが重なる状態となっていてもよい。この場合、被覆４１ｄと光吸収体４３とを固着材４２にて一括して固定することもできる。
　エンドキャップ４４は、エンドキャップ１４と同様のものであって、出力端面４４ｂａにおいて光ファイバ４１の入力端面４１ｃと融着接続などで接続されている。
　エンドキャップ４４の入力端面４４ａａは、光ファイバ４１の入力端面４１ｃよりも面積が大きい。その結果、レーザ光Ｌ１のパワーによる入力端面の損傷の発生が抑制される。
　この光学部品４０では、入力端面クラッド径が主部クラッド径Ｃｂａよりも小さいことによって、光ファイバ４１に入力されたレーザ光Ｌ１のうち、コア部４１ａに結合せずにクラッドモードで伝搬するレーザ光のパワーを抑制することができる。また、光ファイバ４１は光ファイバ１１２と同様のコア径、クラッド径を有するものとできるので、光ファイバ１１２と同様に取り扱うことができる。
　なお、上記実施形態では、赤外領域の波長のレーザ光を例に挙げたが、波長はこれに限定されない。例えば、緑色や青色のような短波長のレーザ光にあっては、固着材によるエネルギの吸収量が赤外領域の波長のレーザ光よりも大きく、本発明による効果がより顕著になる場合がある。
　また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
　本発明は、光学部品や半導体レーザモジュールに利用することができる。
１０、２０、３０、４０　光学部品
１１、２１、４１、１１２　光ファイバ
１１ａ、２１ａ、４１ａ、１１２ａ　コア部
１１ｂ、２１ｂ、４１ｂ、１１２ｂ　クラッド部
１１ｂａ、２１ｂａ、４１ｂａ　主部
１１ｂｂ、２１ｂｂ、４１ｂｂ　入力側端部
１１ｂｃ、２１ｂｃ　出力側端部
１１ｃ、１４ａａ、２１ｃ、４１ｃ、４４ａａ　入力端面
１１ｄ、１４ｂａ、２１ｄ、４４ｂａ　出力端面
１２、２２、４２　固着材
１３、２３、４３　光吸収体
１４、４４　エンドキャップ
１４ａ　入力部
１４ｂ　出力部
４１ｄ、１１２ｃ　被覆
１００　半導体レーザモジュール
１０１　パッケージ
１０２　ＬＤ高さ調整板
１０３－１～１０３－６　サブマウント
１０４－１～１０４－６　半導体レーザ素子
１０５　リードピン
１０６－１～１０６－６　第１レンズ
１０７－１～１０７－６　第２レンズ
１０８－１～１０８－６　ミラー
１０９　第３レンズ
１１０　光フィルタ
１１１　第４レンズ
１１３　ブーツ
１１４　ルースチューブ
Ａａ、Ｂａ、Ｃａ　コア径
Ａｂａ、Ｂｂａ、Ｃｂａ　主部クラッド径
Ａｂｂ、Ｂｂｂ　入力端面クラッド径
Ａｂｃ、Ｂｂｃ　出力端面クラッド径
Ｃ１、Ｃ２　輪郭
Ｌ１、Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃ、Ｌ１ｄ、Ｌ１ｅ、Ｌ１ｆ、Ｌ１ｇ、Ｌ１ｈ、Ｌ１ｉ、Ｌ１ｊ、Ｌ１ｍ、Ｌ１ｎ、Ｌ２　レーザ光

Claims (9)

  1. 　コア部と、前記コア部の外周に形成されたクラッド部とを有する光ファイバと、
    　前記光ファイバの外周に配置された光吸収体と、
    　前記光吸収体と前記光ファイバとを固着する固着材と、
    　を備え、前記クラッド部は、長手方向に延伸し、主部クラッド径を有する主部と、前記主部に対して光の入力側に位置する入力側端部とを有し、前記入力側端部の入力端面における入力端面クラッド径が前記主部クラッド径よりも小さいことを特徴とする光学部品。
  2. 　前記入力側端部は、クラッド径が前記主部クラッド径から前記入力端面クラッド径にほぼ等しい径まで変化するテーパ状であることを特徴とする請求項１に記載の光学部品。
  3. 　前記入力側端部は、前記入力端面クラッド径と略等しいクラッド径を有することを特徴とする請求項１に記載の光学部品。
  4. 　前記クラッド部は、前記主部に対して光の出力側に位置する出力側端部を有し、前記出力側端部の出力端面における出力端面クラッド径が前記主部クラッド径よりも小さいことを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の光学部品。
  5. 　前記光ファイバの前記入力端面に接続された、前記光ファイバの前記入力端面よりも面積が大きい入力端面を有するエンドキャップを備えることを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載の光学部品。
  6. 　前記入力端面クラッド径は前記コア部のコア径の１．１倍以上１．４倍以下であることを特徴とする請求項１～５のいずれか一つに記載の光学部品。
  7. 　前記主部クラッド径は１２５μｍよりも大きいことを特徴とする請求項１～６のいずれか一つに記載の光学部品。
  8. 　前記主部クラッド径は５００μｍ以上であることを特徴とする請求項１～７のいずれか一つに記載の光学部品。
  9. 　請求項１～８のいずれか一つに記載の光学部品と、
    　半導体レーザ素子と、
    　前記半導体レーザ素子から出力されたレーザ光を前記光学部品の前記入力端面に導く光学系と、
    　を備えることを特徴とする半導体レーザモジュール。
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